DE9414601U1

DE9414601U1 - Linear- oder Drehantrieb

Info

Publication number: DE9414601U1
Application number: DE9414601U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2004-09-09
Also published as: WO1996007839A1

Description

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Be s ehre ibung

Linear- oder Drehantrieb

Die Erfindung betrifft einen Linear- oder Drehantrieb, d. h. einen Antrieb, mit dem auf einer Schubstange eine Schubkraft bzw. auf einer Abtriebswelle ein Drehmoment erzeugbar ist.

Ein derartiger Linear- oder Drehantrieb ist aus der DE-PS 39 30 064 bekannt. Der Drehantrieb besteht dort im wesentlichen aus einer Kurvenscheibe, axial verschiebbaren Treibelementen und einem Abtriebselement. Die Kurvenscheibe und das Abtriebselement, das als Zahnrad mit im Umfangsbereich radial verlaufenden Zähnen ausgebildet ist, sind zueinander koaxial angeordnet. Dazwischen befinden sich die Treibelemente, die Antriebszähne mit einem Teilungsversatz gegenüber den Abtriebszähnen des Abtriebselements aufweisen. Die Treibelemente sind axial geführt und werden durch die Kurvenscheibe verschoben. Die axiale Bewegung der Antriebszähne bewirkt aufgrund des Teilungsversatzes eine kontinuierliche Versetzung der Abtriebszähne des Abtriebselements und somit eine Drehbewegung, indem abwechselnd mindestens ein Antriebselement mit einer schrägen Gleitfläche des Antriebszahns in eine korrespondierend ausgebildete schräge Gleitfläche eines Abtriebszahns des Abtriebselements eingreift. Bei dem bekannten Linearantrieb ist das Abtriebselement als linear verschiebbare Zahnstange ausgeführt, über deren Abtriebszähne sich die Antriebszähne der senkrecht zur Zahnstange verschiebbaren Treibelemente befinden, die wiederum selbst durch eine parallel zur Zahnstange liegende Nockenwelle in radiale Bewegung versetzt werden. Wie beim Drehantrieb wird auch beim Linearantrieb aufgrund des Teilungsversatzes zwischen Antriebs- und Abtriebszähnen eine kontinuierliche Bewegung des Abtriebselements erzeugt. In dem obengenannten Dokument werden keine Angaben darüber gemacht, auf welche Weise die Kurvenscheibe bzw. die Nockenwelle in eine Drehbewegung versetzt wird. Der bekannte Antrieb hat den

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Nachteil, daß viele verschiebbar geführte Treibelemente benötigt werden und somit der Aufbau des Antriebs relativ aufwendig ist. Zudem wird ein weiterer Antrieb für die Kurvenscheibe bzw. die Nockenwelle benötigt. 5

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linear- oder Drehantrieb zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und nur wenige bewegte Teile benötigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue Antrieb der eingangs genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben sind, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 das Funktionsprinzip eines erfindungsgemäßen Antriebs,
Figur 2 einen Antrieb mit längenveränderlichen Elementen am äußeren Zahnrad,

Figur 3 einen Antrieb mit längenveränderlichen Elementen am inneren Zahnrad und

Figur 4 ein Schnittbild durch einen Antrieb nach Figur 3.

Anhand von Figur 1 soll das Funktionsprinzip eines erfindungsgemäßen Antriebs erläutert werden. Der Antrieb besteht im wesentlichen aus einem innenverzahnten Zahnrad 1, innerhalb dessen sich ein Stirnrad 2 befindet. Die Zahnteilung soll bei den beiden Zahnrädern 1 und 2 gleich sein. Die Zähne sind in der Zeichnung symbolisch als Zacken dargestellt. Das Zahnrad 1 besitzt 20 Zähne, während am Umfang des Zahnrades 2 lediglich 19 Zähne angeordnet sind. Das Zahnrad 1 ist drehbar gelagert, das Zahnrad 2 dagegen nicht drehbar, aber innerhalb des Zahnrades 1 so verschiebbar, daß es an jeder Stelle sei-

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nes Umfangs mit Zähnen des Zahnrades 1 in Eingriff kommen kann. Um eine Drehbewegung des Zahnrades 1 zu erzeugen, wird das Zahnrad 2 auf einer Kreisbahn verschoben, so daß sich sein Mittelpunkt 3 entsprechend Pfeil 4 um den Mittelpunkt 5 des Zahnrades 1 herum bewegt. Bei einer vollständigen Kreisbewegung des Zahnrades 2 wird das Zahnrad 1 um die Differenz der Zähnezahl, in diesem Beispiel gerade um einen Zahn, in Richtung des Pfeiles 6 gedreht. Da bei dieser Anordnung kein Teilungsversatz benötigt wird, rollen die beiden Zahnräder 1 und 2 verschleißarm aufeinander ab, ohne daß dabei größere Reibungsverluste entstehen. Da sämtliche Antriebselemente in einer Ebene liegen, ist dieser Antrieb auch in der Mikromechanik herstellbar. Je nach Anforderungen können die Zahnräder mit Geradverzahnung, Schrägverzahnung oder Pfeilverzahnung versehen werden.

Figur 2 zeigt einen vollständigen Antrieb mit längenveränderlichen Elementen 7, 8, 9 und 10. Diese sind an einem Gehäuse 11 gelagert und wirken auf ein innenverzahntes Zahnrad 12, dessen Zähne durch einen Kopfkreis 13 und einen Fußkreis 14 angedeutet sind. Die Zähne des Zahnrades 12 stehen im Eingriff mit Zähnen eines Zahnrades 15, das innerhalb des Zahnrades 12 liegt und dessen Zähne einen Kopfkreis 16 und einen Fußkreis 17 aufweisen. Werden die längenveränderlichen EIemente 7, 8, 9 und 10 im zeitlichen Verlauf so beeinflußt, daß sie in dieser Reihenfolge nacheinander ihre längste Stellung einnehmen, rollt das innenverzahnte Zahnrad 12, das verschiebbar, aber nicht drehbar gelagert ist, einmal auf dem Zahnrad 15 ab, das sich währenddessen um das Bogenmaß 2*&pgr;*&eegr;/&Ngr; entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, wobei &eegr; die Differenz der Zähnezahlen der beiden Zahnräder und N die Anzahl der Zähne des Zahnrades 15 ist. Durch Änderung des zeitlichen Verlaufs der Längenänderungen in den längenveränderlichen Elementen 7 ... 10 kann die Drehrichtung geändert werden.

Entsprechend den Figuren 3 und 4 können längenveränderliche Elemente 18, 19, 20 und 21 auch zentral in einem Antriebsgehäuse 22 angebracht sein. Dann ist ein größeres, innen-

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verzahntes Zahnrad 23 fest mit einer Abtriebswelle 24 verbunden, die gegenüber dem Gehäuse 22 drehbar gelagert ist. Das innere, außenverzahnte Zahnrad 25 ist dagegen beispielsweise mit in der Zeichnung nicht dargestellten Stiften am Gehäuse 22 so gesichert, daß es sich zwar radial zur Symmetrieachse des Gehäuses 22 bewegen kann, aber nicht drehbar ist.

Als längenveränderliche Elemente können beispielsweise folgende eingesetzt werden:

- Piezoelemente,

- magnetostriktive Elemente,

- thermisch längenveränderliche Elemente,

- Hubmagnete,

- pneumatische Aktoren und

- Zylinder und Kolben nach dem Verbrennungsmotorprinzip.

Anstelle der längenveränderlichen Elemente können auch kraftausübende Elemente, beispielsweise Elektromagnete, eingesetzt werden.

Übt eines der längenveränderlichen Elemente auch im hilfsenergielosen Zustand eine Kraft aus oder werden zusätzlich ein oder mehrere Federn eingesetzt, dann ist der beschriebene Antrieb selbsthemmend, d. h., zu jedem Zeitpunkt ist mindestens ein Zahnpaar im Eingriff, und ein rückwirkendes Moment verursacht keine Drehbewegung. Bei vorhandener Hilfsenergie muß im Stillstand nur eines der längenveränderlichen Elemente aktiviert werden, um die Selbsthemmung zu gewährleisten.

In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen handelt es sich um Drehantriebe. Man erhält aus diesen Drehantrieben einen Linearantrieb, indem die Zahnräder mit einer Schrägverzahnung versehen werden und jeweils das drehbar gelagerte Zahnrad durch ein gegen Verdrehung geschütztes und axial verschiebbares Zahnrad ersetzt wird. Bei der oben beschriebenen

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Betriebsweise führt das so gelagerte Zahnrad eine Längsbewegung aus.

Erfindungsgemäße Antriebe sind vorteilhaft für niedere Drehzahlen und - bei hoher Kraft der längenveränderlichen Elemente - für hohes Drehmoment geeignet. Sie können beispielsweise für Stellantriebe verwendet werden. Je nach Wahl der längenveränderlichen Elemente handelt es sich bei gleichem prinzipiellem Aufbau dann beispielsweise um elektrische, pneumatisehe oder hydraulische Stellantriebe. In Verbindung mit Piezo- oder magnetostriktiven Elementen, die hohe Kräfte, aber nur kleine Längenänderungen zulassen, können auch sehr kleine Motore, beispielsweise in der Mikromechanik, hergestellt werden.

Die meisten Bauteile des Motors sind konstruktiv sehr einfach, es gibt auch keine besonderen Anforderungen z. B. an ihre magnetischen Eigenschaften, wie dies bei konventionellen Elektromotoren der Fall ist. Bezüglich der verwendeten Materialien bestehen also keinerlei Einschränkungen, so daß die Materialauswahl aufgrund der Umgebungsbedingungen des jeweiligen Einsatzfalles getroffen werden kann (Kunststoff, Leichtmetall, Keramik, Silizium, ...).

Anstelle der vier längenveränderlichen Elemente 7 ... 10 oder 18 ... 21 sind weitere in den Zeichnungen nicht dargestellte Varianten möglich. Beispielsweise genügen schon zwei längenveränderliche Elemente, die am Ort der Elemente 7 und 8 in Figur 2 angeordnet sind und sowohl Druck als auch Zug auf das Zahnrad 12 ausüben können, um das Zahnrad 15 in Bewegung zu versetzen. Wenn diese entweder lediglich eine Druck- oder eine Zugkraft ausüben können, sind an den gegenüberliegenden Stellen, an denen sich in Figur 2 die Elemente 9 und 10 befinden, Druck- bzw. Zugfedern erforderlich. In einer anderen Variante können diese Federn aber auch an der Stelle der Elemente 7 und 8 angeordnet werden.

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In den Ausführungsbeispielen wirken die längenveränderlichen Elemente direkt auf ein Zahnrad. Es ist aber auch möglich, Mittel zur Übertragung der Kraft vorzusehen, die eine Drehung des verschiebbaren Zahnrades gegenüber den längenveränderlichen Elementen zulassen, beispielsweise eine auf dem Zahnrad gleitende Hülse. Wenn das eine Zahnrad mit einer Antriebswelle und das andere Zahnrad mit einer Abtriebswelle drehfest verbunden ist, kann auf diese Weise eine relative Drehung der beiden Wellen erzwungen werden.

Claims

GR 94 G 4432 DE Schutzansprüche

1. Linear- oder Drehantrieb

- mit einem innenverzahnten Zahnrad (1),

- mit einem außenverzahnten Zahnrad (2), das innerhalb des innenverzahnten Zahnrads (1) angeordnet ist, mit diesem zusammenwirkt und eine kleinere Zähnezahl hat, und

- mit Elementen, die auf eines der beiden Zahnräder (1; 2), das relativ zu dem anderen Zahnrad {2; 1) radial verschiebbar gelagert ist, eine jeweils im wesentlichen radial gerichtete Kraft ausüben, so daß der Achsmittelpunkt des einen Zahnrads (1; 2) um den Achsmittelpunkt des anderen Zahnrades (2; 1) bewegbar ist.

2. Linear- oder Drehantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Elemente längenveränderlich sind.

3. Linear- oder Drehantrieb nach Anspruch 1 oder 2, d a -

durch gekennzeichnet, daß die längenveränderlichen Elemente direkt auf ein drehfest gelagertes Zahnrad (1; 2) wirken.

4. Linear- oder Drehantrieb nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß Mittel zur Übertragung der Kraft vorgesehen sind, gegenüber denen das eine Zahnrad (1; 2) drehbar gelagert ist.

5. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

durch gekennzeichnet, daß für einen Drehantrieb das drehbar gelagerte Zahnrad mit einer Abtriebswelle gekoppelt ist.

6. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich-

net , daß für einen Linearantrieb beide Zahnräder drehfest, aber relativ zueinander axial verschiebbar gelagert und mit einer Schrägverzahnung versehen sind.